1、化工系毕业设计新疆工业高等专科学校毕业设计（论文）2012 届题 目 年产 4 万吨 pvc 热式沸腾床干燥器的设计 专 业 石 油 化 工 生 产 技 术 学生姓名 景 耀 龙 学 号 0 9 0 2 3 4 小组成员 高文艳，郭磊，张少旭，周超，赵永清 指导教师 杨 智 勇 ， 马 全 新 完成日期 2 0 1 2 年 4 月 1 5 日 新疆工业高等专科学校教务处印制化工系毕业设计新 疆 工 业 高 等 专 科 学 校毕 业 论 文（设 计） 任 务 书班级 专业 姓名 日期 1、论文（设计）题目： 2、论文（设计）要求：（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，要求独立完成
2、。（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。（3）主题明确，思路清晰。（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。（5）格式规范，严格按学校制订的论文格式模板调整格式。（6）所有学生必须在 5 月 15 日之前交论文初稿。3、论文（设计）日期：任务下达日期 完成日期 4、指导教师签字： 化工系毕业设计新 疆 工 业 高 等 专 科 学 校毕 业 论 文（设 计）成 绩 评 定 报 告序号 评分指标 具 体 要 求 分数范围 得 分1 学习态度 努力学习，遵守纪律，作风严谨务实，按期完成规定的任务。 010分调研论证能独立查阅文献资料及从事其它形式的调
3、研，较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。015分综合能力 论文能运用所学知识和技能，有一定见解和实用价值。 025分2能力与质量论文（设计）质量 论证、分析逻辑合理，条理清晰。 020分3 工作量 内容充实，工作饱满，符合规定字数要求。 0 15分4 撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图、表、排版等符合要求。 0 15分合计 0100分化工系毕业设计评语：成 绩：评阅人（签名）：日 期：毕业论文答辩及综合成绩答 辩 情 况自 述 情 况清 晰 、完 整流 利简 练清 晰完 整完 整熟 悉内 容基 本完 整熟 悉内 容不 熟 悉 内 容回 答
4、问 题提 出 问 题 正 确基 本正 确有 一般 性错 误有 原则 性错 误没 有回 答化工系毕业设计答辩小组评语及建议成绩：答辩委员会综合成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日PVC 热式沸腾床干燥器的设计学号：090464 姓名:高文艳(新疆工业高等专科学校, 乌鲁木齐 830091)摘 要：本设计为年产 4 万吨聚氯乙烯聚合干燥工序的初步工艺设计，整个设计文件由设计说明书和设计图纸两部分组成。在设计说明书中，简单介绍了聚氯乙烯的生产现状、发展趋势、性能和主要用途，也介绍了目前聚氯乙烯的四种常见的工业聚合生产方法.，并进行了比较，最后确定以悬浮聚合法作为聚合的工艺生产方法。在设计过程中，根
5、据设计任务书的要求，进行了较为详细的物料衡算和能量衡算，对设备进行了工艺计算和选型，同时对聚氯乙烯生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明，对整个装置进行了简单的技术经济评价。绘制了相应的设计图纸，设计图纸包括工艺流程图、主要设备图的装配图、设备的平面布置图。关键词：聚氯乙烯,干燥,单体,生产工艺化工系毕业设计目 录化工系毕业设计沸腾床已知参数如下：进入干燥器的 湿物料 G=5.18 万吨 湿物料的含水率 W1=0.2 堆积密度 b=450 kg/ m3 颗粒密度 p=1400kg/ m3物料的出口含水率 W2=0.2 空气入口温度 t0=25物料的比热容 Cs=1.26KJ/kg
6、颗粒的平均直径 d=0.12mm热风入口温度 t1=150 平衡湿含量 X*=0物料的最终含水率 W2=0.03 临界湿含量 X0=0.015相对湿度 =0.8 初始湿度 H0=0.02kg 水/kg 干气旋风分离器的分离效率 99% 物料进入干燥器的温度 1=25沸腾床干燥段已知的参数如下：湿物料的含水率 W1=0.03 颗粒密度 p=1400kg/ m3物料的最终含水率 W2=0.03 堆积密度 b=450 kg/ m3 空气入口温度 t0=25 物料的比热容 Cs=1.26KJ/kg 热风入口温度 t1=85 颗粒的平均直径 d=0.12mm平衡湿含量 X*=0 初始湿度 H0=0.02
7、kg 水/kg 干气临界湿含量 X0=0.015 旋风分离器的分离效率 99%物料进入干燥器的温度 1=251. 干燥器的物料衡算和热量衡算1.1 物料衡算G1=51800000/(30024 )kg/h=7194.713kg/hX1=0.2/（1-0.2）=0.25X2=0. /（1-0.03）=0.030903绝干物料量Gc =G1（1-W1）=7194.713 (1-0.2)=5755.771 kg/h蒸发水量W= Gc（X1-X2）=5755.771（0.25 -0.0309）kg/h=1261.089kg/h气流干燥器干燥物料出口量G2 =G1-W =7194.713-1261.08
8、9=5933.624 kg/h因 W=L（H2-H1 ）化工系毕业设计所以 L=W/（H2-H1 ）=719.7/（H2-0.012）根据气流段旋风分离器的分离效率为 99%，可得出进入沸腾床干燥器的物料流量 G1G1=99% G=99%5933.624=5933.688kg/hX1=0.03/（1-0.03）=0.0309X2=0.003/（1-0.003）=0.003 绝干物料量Gc= G1（1-W1）=5933.688（1-0.03 ）=5755.677 kg/h 蒸发水量W=Gc（X1 -X2）=7116.807（0.0309-0.003）=198.5589 kg/h沸腾床干燥器干燥器
9、干燥物料出口量G2=G1 -W=5933.688-198.5589=5735.1291kg/h 则根据沸腾床干燥段旋风分离器的分离效率为 99%于是得出最终含水率为 0.5%的干燥产品产量G=5735.12910.99=5677.7778 kg/h=4.088 万吨/年 因为 W=L （H2-H1 ）所以干空气消耗量 L=W/ （H2-H1）1.2 热量衡算沸腾床干燥段空气和物料出口温度的确定：空气的出口温度 t2应比出口处湿球温度高出 20-50（本设计中取 40） ，即t2=tww2 +40由 t1=85及 H1=0.02kg 水/kg 干气，查化工原理 9湿度图得 t ww1=34，近似
10、取tww1= tww2=34 ，于是可得t2=34+40=74物料离开干燥器的温度 2 由下式计算得（t2-tww2）rtWw2(X2-X*)-cS(t2-tww2)(X2/X0)rtW2(X0-X*)/cs(t2-tW2)=(t2-2)rtWw2(X0-X*)-cS(t2-twW2)由水蒸汽表查得 rtw2=2412.3KJ/Kg化工系毕业设计将有关数据代入上式中，则解得 T2=45以一小时为基准对干燥器做热量衡算，则得：LI0+Gc ，I1+Qp+QD =LI2+GcI2 +QL或Q,= QD，+ Qp， = L， （I2- I0 ）+ Gc， （I2- I1）+ QL， 湿空气的焓 I=
11、（1.01+1.88H）t +2490H 湿物料的焓 I=Cs+XCwT= （ Cs+4.187X）T=CmT 将式和式代入式，可得Q = Qp+ QD= 1.01L( t2- t0)+ W( 2 490+1.88 t2)+ GcCm2 (T2 -T1)+ QL（4）式中右边第一项为加热干燥介质所需要的热量，用 Q3，表示：Q3= 1.01L( t2- t0) =1.01L（74-25）=49.49 L右边第二项为湿物料中蒸发水分所消耗的热量，用 Q1，表示：Q1= W( 2 490+1.88 t2)=198.5589（2490+1.8874）=522035.175kJ/h=145.1 kW
12、第三项为干燥器产品带走的热量。用 Q2，表示：Q2= GcCm2(T2 -T1)=5755.677（1.26+4.1870.005） （45-30）=110589.7218kJ/h（8）式中 Q2为干燥器的热损失，一般可按有效耗氧量即 Q1与 Q2之和的 1015%估算本设计中选取 13%：即QL= （Q1+ Q2）13% =（522035.175+110589.7218）0.13kW=882241.2368 kJ/h 则式可变成Q =Q1 + Q2+Q3+QL 若忽略预热器的热损失，对预热器做热量衡算，可得：Qp=L（I1- I0 ）或Qp=L（1.01+1.88H0） （t1 -t0）=L
13、， （1.01+1.880.02 ） （85-25 ）=62.856L kJ/h化工系毕业设计干燥器中不补充热量，即 QD，=0，则Q= Qp=Q1+Q2+Q3+QL将式（6） 、 （7） 、 （8） 、 （9）代入（10）式中，可得62.856L=484612.544+136742.5076+49.49 L+714866.1334L=53483.924kg/h再由式 L= W/（H2-0.02）可求得空气离开干燥器的湿度 H2， 则H2= （ W+0.02 L）/ L=（198.5589+0.0253483.924）/52531.139=0.024 kg 水/ kg 干气气流干燥器消耗总热量
14、和加热蒸汽消耗量Q= Qp= 62.856 L，=62.85653483.924=3361785.527由水蒸汽表查得：表压为 0.52 KPa 水蒸汽温度 Ts=160，冷凝潜热 r=2087 KJ/kg。取预热器的热损失为有效传热量的 12%，则蒸汽消耗量 Wh为：Wh=3361785.527/0.88/2087=1830.48kg/h干燥器的热效率为 ：= 100%pQ1=522035.175/3361785.527100% =15.53%2. 适宜操作气速的计算2.1 临界流化气速的计算（mf）公式：mf=4.08Dp1.82（s-f）0.94/ （Z0.88-f0.06）式中：Dp：
15、颗粒平均直径，以 100 目计算s，f：固体粒子和流体的密度 kg/ m3 s=1400 kg/ m3由已知挡风进出口温度：t1=85 t2=25f85=0.986 kg/ m3 f25=1.185 kg/ m3内差法得f55=1.086kg/ m3Z85=2.1310-2cp Z25=1.8410-2cp内差法得Z55=1.9910-2cp临界流化气速 mf 为：化工系毕业设计mf=4.08（80010-3）1.82（1400-1.086 ）0.94/(1.9910-2)0.88(1.086)0.06=0.01888 m/s按 Rep，mf =（Dpmff）/f=（80010-30.0188
16、81.086）/（1.9910-210-3）=0.019410故不需进行校正mf=0.01888 m/s2.2 最大流化气速 t公式：t= dp2（s-f）g/（18f） （Rep0.4）其中：dp：最小颗粒粒度dp=dmin=120 目=121.1mt=（121.110-6）2（1400-1.086）9.8/（181.9910-5）=0.5613m/s校核：Rep=（dptf）/f=（121.110-60.56131.086）/1.9910-5=3.710.4上述公式在本设计中不适用。假定 0.4Rep500公式：t=(4/225)(1400-1.086) 29.82/(1.0861.991
17、0-5)1/3121.110-6=0.6503m/s校核：Rep=（dptf）/f=（121.110-60.65031.086）/1.9910-5=4.30满足条件 0.4Rep=4.30500综上得最大流化气速t=0.6503 m/s2.3 适宜操作气速 的计算mft流化数 Fn=操作速度/临界流化速度 =/mf本设计中：Fn=4750在 Fn=47 时，=47mf=470.01888=0.0887 m/sFn=50 时，=50mf=500.01888=0.994m/s取操作气速 =0.516 m/s此时：Fn=0.516/0.01888=27.35化工系毕业设计3. 分布板结构设计3.1
18、分布板面积的计算分布板的长宽比=2.52.7 1 （本设计取 ab=2.61）比容：VH=（0.772+1.244H）（273+t）/2731.013105/p式中:VH: m3 湿空气/kg 绝干气；冬季：H=0.02kg/kg 绝干气G=21998.15 kg 干空气/ hr85时， VH=（0.772+1.2440.02）（273+85）/273=1.044 m3 湿空气 /kg 绝干气夏季：H=0.02kg/kg 绝干气G=21510.25kg 绝干气/ hr85时， VH=（0.772+1.2440.02）（273+85）/273=1.045m3 湿空气 /kg 绝干气又 V=GVH
19、式中：G：绝干空气量 kg 干空气/ hrVH：比容 m3 湿空气 /kg 绝干气V 冬热 =21998.151.044=22966.07 m3/ hrV 夏热=21510.251.045=22456.7m3/ hr由已知冷风用量为热风用量的 1/5，F 冷 =1/5 F 热 （又 a/b=2.6）V 热=5/6ab3600（以冬季热风流量为基准）22966.07=5/62.6b20.5753600b=22966.07/(5/62.60.5753600)1/2=2.263 ma=2.6b=2.62.263=5.884 m则沸腾床分布板的面积为：ab=5.8842.263=13.32 校核：冬季
20、：u1=22966.07/ （ 5/613.323600）=0.575 m/s夏季：uf=22456.7/（5/613.323600）=0.562 m/s两者均在 0.0887 和 0.944 之间，所以合理3.2 布置F 冷 =1/5 F 热加热区长：5/6a=5/65.884=4.903 m冷却区长：1/6a=1/65.884=0.981m加热区面积：F 热=5/613.32=11.1 m2冷却区面积：F 冷=1/613.32=2.22m23.3 开孔率和开孔数化工系毕业设计已知： 孔径 d0=0.6mm 孔速 u0=20 m/s开孔数：n=空气流量/（孔速 孔面积）=V/（3600u0r
21、2）即n=622966/3600203.14(0.610-3/2) 25）=1354451(个)开孔率： =空面积/分布板面积=13147523.14(0.610-3/2) 2/13.32=2.87%3.4 挡板高度的计算3.4.1 静床的高度 H0H0=ut式中： u操作气速 m/s；t物料在沸腾床内的停留时间 s（本设计 t=2s） ；又 u=0.516m/s静床高度 H0=ut=0.5162=1.032m3.4.2 床层的膨胀比 RR=膨胀的体积/自然堆积时体积=Vf/Vk=Lf/Lmf=（1-mf）/ （1-f）式中：Lmf临界流化床层高度；Lf流化床层高度；k堆积密度（ k=5006
22、00 kg/m3，本设计取 k=550 kg/m3） ；s颗粒密度 kg/m3；mf临界流化床空隙率（mf=1-k/s） ；f流化床空隙率。f=1.7u3ufk/dp3g2(s-f)21/9.3其中：u适宜操作气速 m/s；uf空气粘度 kgs/ m2；dpPVC 平均直径 m。f=1.70.51633（1.9910-5/9.8）1.086/（80010-6）39.82(1400-1.086)21/9.3=0.715mf =1-k/s=1-450/1400=0.679R=(1-mf)/ (1-f)=（1-0.679）/ （1-0.715 ）=1.13故取整数膨胀比取 R=2.03.4.3 浓相
23、段高度 HH1=H0R=1.0322.0=2.3m3.4.4 挡板高度H2= H1+0.2=2.064-0.2=1.864m3.4.5 溢流板高度H3= H1-0.2=2.3-0.2=2.1 m化工系毕业设计3.4.6 稀相段高度H4=1.2 m3.4.7 顶盖处高度（顶高）：500mm3.4.8 出料室高度：1.25 m3.4.9 床底进风处高度：1 m3.4.10 通风净截面积 f=G/3600V4. 沸腾床层底面积临界流化速度由前面算得为 0.01888m/sut颗 粒 带 出 速 度 的 计 算 =1L0.1ryt颗 粒 被 带 出 时 ， 床 层 空 隙 率 为 ， 由 及 A值 查
24、 图 ， 得带出速度由下式计算 6330.9842.01.38.ytgstL mu s操作硫化速度 u由公式 6330.1982.104/ /0.8gsLms 6 -2285=.,=3.081/.aCkgpWmC 下 空 气 的 有 关 参 数 为 密 度 粘 度 u导 热 系 数1.5-3321.5=4R/40.874/emd c 对 流 给 热 系 数 323665/10.6/ba静 止 时 床 层 的 比 表 面 积 2.79./.cWC所 以 计 算 的 体 积 给 热 系 数查干燥装置化工设计手册图 4-63 得20.12/0.12963.57./.mdam当 时 ，则 实 际 床
25、层 的 体 积 给 热 系 数物料在沸腾床中的干燥通常包括恒速和降速两个阶段，两个阶段所需底面积之和即为整个沸腾床干燥器的底面积。 1A恒 速 阶 段 所 需 沸 腾 床 的 底 面 积 的 计 算01H=.,L534892C0.35.21.09gvm取 静 止 床 层 高 度 一 般 为 -.由 前 面 计 算 可 知查 表 得由前面计算可知10.218tC化工系毕业设计25348.92.Lkgs干 空 气 /m34wtC10/x绝 干 物 料 10.5/xkg绝 干 物 料vC7Gs1.09/.gkg010cHwcLhAtxr由 公 式 5348.921.0249. .534171 1.0
26、1325A=8.m解 得 2降 速 阶 段 所 需 的 底 面 积 可 用 下 式 计 算012lnCHwmLahAtG.26查 表 得代入数据得 25348.91.049.0153476lnA解得228Am2128.3.6.09A 224,5.8A=.mm所 以 本 设 计 中 选 取 干 燥 器 的 宽 度 为 ， 长 度 为 高 度 为 则 床 层 实 际 面 积 为 ， 即物料在干燥器内的停留时间 02458.16=3.in9bHG即5. 附属设备的设计及选型干燥装置的附属设备主要包括离心机，风机，预热器，旋风分离器等5.1 离心机的选型泥料槽中含水量为 60%的料浆靠位差进入离心机脱
27、水，脱去大部分水后，含水 20%的湿物料进入气流干燥器进行进一步干燥，关于离心机的选型主要是依据其对湿物料的处理量来选。化工系毕业设计进入离心机含水 60%的湿物料量 G0=G1(1-0.2)/(1-0.6)=14.389 万吨/年，拟采用两台离心分离机并联操作，则每台离心机的处理量为 G0=7.2 万吨/年，所以根据 G0=7.2 万吨/ 年选择两台由新疆石河子化工厂使用的型卧式螺旋离心机，其处理量为 G0=10 万吨/年。5.2 风机和排风机的选型为了保持干燥室基本维持常压操作，采用送风和排风系统。5.2.1 送风机气流段 27324.17.001 tHLVo= 5.4893.6=3783
28、1.5196 /h3m根据经验，取风机的全风压为 6000 。根据株化资料和经验可选 9-27-101N08 型风机。Pa5.2.2 排风机气流段 2734905.24.17.046.8932 V=44501.245 /hm流化段 2734)0.24.17.0(39521, = 53540.2084 /h根据计算机结果，可以选用与送风机同样的机型。5.3 旋风分离器的选择设计选择条件气流中所含尘粒的密度为 1400 kg/m3，空气的质量流量为 52531.139kg/h,温度为 74，密度为 1.029 kg/m3，粒度为 2.0610-5Pas,拟采用标准型旋风分离器收尘，要求分离效率为
29、99%，已知相应的临界粒径为 10 微米，并要求压强在 10002000Pa 之间。旋风分离器直径的计算： 根据株洲化工集团 PVC 分厂提供的拟采用六台旋风分离器并联操作，故以下从分离效率和处理量来求旋风分离器的直径。六台旋风分离器的总处理量 smVs/18.436029.153则每台旋风分离器的处理量14.181/6=2.363m3/s,旋风分离器的临界粒径为 isecuNBd9公式中对于标准型旋风分离器有：化工系毕业设计入口宽度 4DB入口的流速 h 为入口高度，其值为Vusi, 2Dh气流回转圈数 Ne 可取为 5则临界粒径公式可转化为 ,329secVNDd36.21405.3610
30、6 D解得， m9则 sDVhBussi /83.2,校核压强降 PaPig 81.3402.09.122公式中 为旋风分离器的阻力系数，其值可取为 8.0可见压强降在 10002000Pa 范围内，故选 6 台 的标准旋风分离器并联操作可满足要求。mD9.5.4 主要管道管径计算和选型碳钢管计算式为： 37.052.8GD式中，D：最经济管径， mmG：流量，kg/s：密度，kg/m35.5 氯乙烯输料管的计算与选型输料时间：0.25 h质量流量：ms=146126.34/0.25=417503.828kg/h体积流量：Vs=417503.828/（0.8311000 ）=502.411m3
31、/h=0.1396 m3/s查化工原理9上册表 1-1取 u=1.0 m/s，由 Vs= uD2/4 得 muVss 29.0514.36查化工容器及设备简明设计手册8:化工系毕业设计选 4504.5 mm 的冷轧无缝钢管实际流速 u=4Vs/D2=40.1396/(3.140.4222)=1.00 m/s根据计算结果，可选用型号为9：80Y 60B 的输送泵。5.6 出料管的计算与选型输料时间：0.25h质量流量：ms=216580.1108/0.25=866320.4432kg/h体积流量：Vs=866320.4432/939.3=922.3m3/h=0.256 m3/s查化工原理上册表
32、1-1取 u=1.8 m/s，由 Vs= uD2 muVDs 426.081.354查化工容器及设备简明设计手册:选 4504.5mm 的冷轧无缝钢管实际流速 u=4Vs/D2=40.256/(3.140.426 2)=1.80m/ s化工系毕业设计6. 参考文献1 聚氯乙烯生产工艺（株化内部资料）2 潘祖仁，翁志学，黄志明.悬浮聚合.北京：化学工业出版社， 19973 周菊兴主编.合成树脂与塑料工艺.北京：化学工业出版社， 20004 陈昀主编.聚合物合成工艺设计.北京：化学工业出版社， 20045 濮存恬主编.精细化工过程及设备.北京：化学工业出版社， 19966 王福安主编.化工数据导引
33、.北京：化学工业出版社，19957 王凯，孙建中著.工业聚合反应装置.北京：中国石化出版社， 19978 贺匡国主编.化工容器及设备简明设计手册.北京：化学工业出版社， 20029 姚玉英主编.化工原理.修订版.天津：天津科学技术出版社， 200410 中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺设计手册 .第三版.北京：化学工业出版社，200311 陈声宗主编.化工设计.北京：化学工业出版社，200112 刘光启，马连湘，刘杰.化学化工物性数据手册M. 北京：化学工业出版社，200213 化工原理课程设计（湖南科技大学内部资料）14 陈声崇.搅拌设备设计M. 上海：上海科学技术出版社， 1985
34、15 刁玉玮，王立业.化工设备机械基础（第五版）M. 大连理工出版社， 200316 郭鲁生.化工设备的选择与工艺设计M. 长沙：中南工业大学出版社， 199417 倪进芳.化工过程设计M . 北京：化学工业出版社， 199918 王凯，冯连芳著.混合设备设计.北京：机械工业出版社， 2000 化工系毕业设计7. 致 谢本次设计历时两个多月，在这两个多月里，本人根据设计任务书的要求，在整个设计过程中结合株洲化工集团的实际生产装置，同时通过查阅大量的文献资料，对聚氯乙烯的聚合及其干燥工艺有了一定的了解，并在指导教师的指导下成功的完成了本次设计。通过本次毕业设计，使我对大学四年来所学的专业知识得到
35、了进一步的巩固和提高，再一次进行了系统地学习与掌握，是一次再学习与提高的过程。在设计过程中对于出现的一些问题和一些自己难以解决的难题，感谢指导教师给予的帮助与指导，使我的知识结构、知识的连贯统一性和灵活应用性发生了质的飞跃，设计过程中不但培养了我的吃苦耐劳的精神和独立实践能力，更多的是与同组同学之间的相互交流及学习，使得这次的毕业设计得以顺利完成。为走上社会，走向工作打下了坚实的基础。本次设计使我受益非浅，它将会给我以后的学习和工作打下坚实的基础。再次感谢指导教师的悉心指导，以及同组同学给我的帮助。作为即将踏出校园走向社会的大学毕业生，本人十分庆幸有这样一次机会，可以将理论知识与生产实际联系起来，使我们的知识不局限于理论，切实提高了我们解决问题的动手能力。再次诚恳的感谢黄老师的指导和同组同学的帮助！
